1.一种冲击地压煤层钻屑法施工参数及预警临界值确定方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤1:获取待钻屑预警巷道围岩中煤体的岩石力学参数;
步骤2:计算待钻屑预警巷道冲击地压发生的临界破碎区半径ρfcr、临界软化区半径ρcr、围岩临界软化深度Lpcr、临界地应力Pcr以及优化的待预警巷道冲击地压发生的临界采动峰*值应力Pmcr;
步骤3:根据步骤2计算得到的巷道冲击地压发生的临界软化区半径ρcr,确定待监测预警巷道围岩内钻屑法施工钻孔的深度Ldrill‑bits;
步骤4:定义计算巷道冲击地压发生的临界采动应力指数Kcr,进而确定待预警巷道所处的同一煤层巷道冲击地压实际发生的临界采动应力指数工程值Kfcr;
步骤5:确定待钻屑预警巷道的最大单米钻屑量Mmax的分级预警指标临界值Mmax(弱)、Mmax(中等)与Mmax(强),进而确定待钻屑预警巷道危险等级;
步骤5.1:确定待钻屑预警巷道钻孔壁径移近量ua;
步骤5.2:确定钻孔冲击发生的临界条件;
步骤5.3:根据钻头钻屑产生的物理原理,确定待钻屑预警巷道最大单米钻屑量Mmax;
确定的待钻屑预警巷道最大单米钻屑量Mmax如下公式所示:其中,γ为煤的容重,rd为钻孔的破碎区半径;r0为钻孔半径或钻头切削半径;σc为单轴抗压强度;E为弹性模量;ξ为残余强度系数;λ1为峰后软化模量;
步骤5.4:将钻孔的临界破碎区半径 代入式(6)中替换rd,得到冲击启动危险前的临界最大单米钻屑量Mmaxcr,如下公式所示:
其中, λ2为残余降模量;
步骤5.5:确定临界最大单米钻屑量Mmax的分级预警值Mmax(弱)、Mmax(中等)与Mmax(强),进而确定待钻屑预警巷道危险等级;
所述临界最大单米钻屑量Mmaxcr的分级预警值Mmax(弱)、Mmax(中等)与Mmax(强)如下公式所示:当0<Mmax<0.25KfcrMmaxcr,待钻屑预警巷道为无冲击危险预警;当0.25KfcrMmaxcr≤Mmax<
0.5KfcrMmaxcr,待钻屑预警巷道为弱冲击危险预警;当0.5KfcrMmaxcr≤Mmax<0.75KfcrMmaxcr,待钻屑预警巷道为中等冲击危险预警;当Mmax≥0.75KfcrMmaxcr,待钻屑预警巷道为强冲击危险预警;
步骤6:确定待钻屑预警巷道的钻孔内最大单米钻屑量Mmax出现的围岩深度Lp的分级预警指标临界值Lp(弱)、Lp(中等)与Lp(强),进一步确定待钻屑预警巷道危险等级;
所述围岩深度Lp的分级预警指标临界值Lp(弱)、Lp(中等)与Lp(强)如下公式所示:当0<Lp<0.25KfcrLpcr,评价待钻屑预警巷道为无冲击危险预警;当0.25KfcrLpcr≤Lp<
0.5KfcrLpcr,评价待钻屑预警巷道为弱冲击危险预警;当0.5KfcrLpcr≤Lp<0.75KfcrLpcr,评价待钻屑预警巷道为中等冲击危险预警;当Lp≥0.75KfcrLpcr,评价待钻屑预警巷道为强冲击危险预警。
2.根据权利要求1所述的一种冲击地压煤层钻屑法施工参数及预警临界值确定方法,其特征在于:所述岩石力学参数包括单轴抗压强度σc、弹性模量E、冲击模量指数K=λ1/E、残余降模量λ2和残余强度系数ξ;其中,λ1为峰后软化模量。
3.根据权利要求2所述的一种冲击地压煤层钻屑法施工参数及预警临界值确定方法,其特征在于:所述步骤3根据步骤2计算得到的巷道冲击地压发生的临界软化区半径ρcr,确定待监测预警巷道围岩内钻屑法施工钻孔的深度Ldrill‑bits=ηdrillρcr,式中,ηdrill为钻屑钻孔施工深度富余系数。
4.根据权利要求3所述的一种冲击地压煤层钻屑法施工参数及预警临界值确定方法,其特征在于:所述步骤4的具体方法为:步骤4.1:定义计算巷道冲击地压发生的临界采动应力指数Kcr,如下公式所示:式中,Pm为巷道围岩内的采动峰值应力;
步骤4.2:获取待预警巷道所处的同一煤层巷道冲击地压实际发生的采动峰值应力Pmf,基于巷道冲击地压发生的临界采动应力指数定义,计算待预警巷道同一煤层巷道冲击地压实际发生的临界采动应力指数工程值若待钻屑预警区域的煤层未发生过冲击地压,则参照具有相同冲击倾向已发生过冲击地压的煤层计算冲击地压实际发生的临界采动应力指数工程值Kfcr。
5.根据权利要求4所述的一种冲击地压煤层钻屑法施工参数及预警临界值确定方法,其特征在于:所述步骤5.1确定待钻屑预警巷道钻孔壁径移近量ua的具体方法为:设定钻孔破碎区rd<r<rf煤体不可压缩,得钻孔壁径移近量ua,如下公式所示:式中,rd为钻孔的破碎区半径;rf为钻孔的塑性软化区半径;r0为钻孔半径或钻头切削半径;
所述步骤5.2确定的钻孔冲击发生的临界条件包括钻孔冲击发生的临界破碎区半径rdcr、临界塑性软化区半径rpcr和临界环境应力Phcr,如下公式所示:其中, 为钻孔冲击发生时围岩破碎区对
塑性软化区的作用应力,d为钻孔直径或钻头切削直径,d=2r0;
m为中间变量, 为破碎区的煤岩介质
内摩擦角。